从传授知识到创新能力培养的课程改革研究

崔高健　陈延伟

摘 要：本文提出并实施机械设计课程“五位一体”的立体化教学模式，提出并完成改善机械设计课程教学效果的四个策略，完善多種教学手段互相补充，改革机械设计课程考试模式，重新构建机械基础实验教学体系，实现机械设计课程从传授知识到创新能力培养的改革，对提高人才培养质量具有明确的借鉴作用和推广价值。

关键词：创新能力 课程改革 教学模式 实验教学 考试模式

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）03-00-02

一、引言

近年来，随着新型产业和企业的大量出现，对工程毕业生提出了更高的要求。作为最大的工程学科，机械工程专业的改革倍受关注，机械专业课程体系及培养模式的改革和创新也逐步成为研究的热点。

教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会的“机械设计”课程指导小组，曾经启动了国内高校“机械设计”课程教学现状的调查。调查涵盖了机械设计课程基本情况包括精品课程建设情况，课程开课时间，理论教学的学时数，实验教学的学时数以及“985”类型大学、“211”类型大学和普通大学的任课教师基本情况；“985”类型大学、“211”类型大学和普通大学的教学研究和教学改革情况包括教学改革的开展情况和教学改革的成果；教学方法与手段包括多媒体与课件的应用，课程网络资源建设，网上教学资源的应用；课外实践性教学活动；参加创新设计竞赛；课程考核方式等各个方面。

调查认为绝大部分院校机械设计系列课程的教学开展情况与《机械设计系列课程教学基本要求》是基本相符的，但是，随着社会和企业对学生创新能力和工程设计能力要求的提高， “机械设计”课程在教学思想、方法和手段上的进步并没有同步体现，实验课程设置不合理、课程设计题目单一、实验课程开放程度的一般化以及课程考核方式的简单化等问题凸显出来，达不到对学生创新能力培养的要求。

因此，有必要开展新条件和新形势下的“机械设计”课程教学新思想和新方法的研究，以期获得成果经验并惠及整个课程，实现机械设计课程从传授知识到创新能力培养的改革。

二、课程改革模式

1.提出并实施机械设计课程“五位一体”的立体化教学模式

本着机械设计系列课程综合改革，强化精品工程建设的思想：构建了基于课堂理论教学、机械设计课程设计、综合创新实验、课外科技制作和机械设计竞赛“五位一体”的立体化教学模式，初步形成了完整的理论与实验教学体系的新理念。

1.1针对教学模式与社会需求适应性问题，调研前修课和后续课的内容，解决学科交叉知识问题，更新部分教学内容，实现科研、教学互助，归纳相似性，突破个性矛盾。在对课程内容融会贯通的基础上，找到各章节的共性问题，在讲授时，寻找其相似性，突破个性矛盾，不仅使得同学们易接受，易掌握，也节省学时[1，2]。以机械零、部件设计为主线，以参数设计、结构设计、机械系统总体方案设计为重点，突出机械设计的共性规律和基本方法。注重对前修课程（金工、制图、公差、原理等）所学知识的综合与应用；加强创新设计和综合设计能力的培养；强调多方案设计、再设计的思想；用CAD技术充实教学内容和改进教学手段；培养学生具有较扎实的工程基础。

1.2机械设计课程设计改革，通过有生产背景的实践课题，以设计对象为主线，使学生通过原理方案的设计、执行机构的设计、传动方案的设计、结构设计等过程，加深对机械系统的整体认识，加强设计中的工程意识，培养综合创新设计的能力[3]。将机械的原理方案设计与执行机构、传动机构的设计有机结合，将机构的运动设计和结构设计有机结合，并将机械创新设计方法及计算机辅助设计技术应用到整个设计过程中，使学生的创新潜能得到了充分发挥。

1.3综合创新实验

突破了原有的实验课程附属于理论课程的状况，重新构建机械基础实验教学体系[4]，单独设课，单独记分。

1）实验教学独立设课班级

为了提高实验教学质量、为理论教学服务、充分发挥实验室的教学作用，培养服务于地方、服务于生产实际的实用型人才，特别是为培养创新性人才，开展实验室开放机制，并申报实验室开放基金项目，获得学校的资助。

项目一：机构创新设计（一）

实验设备：优耐美多功能加工机组

项目二：机构创新设计（二）

实验设备：平面机构创意组合设计分析实验台

2）选作研究型实验项目

应用ANSYS有限元软件进行了机构或者机器的动力学仿真分析研究。

2.提出改善机械设计课程教学效果的四个策略，从而加强理论教学的效果[5]

针对教学方法单一，个性培养欠缺问题，提出改善机械设计课程教学效果的四个策略，

2.1强化实践，延长机械设计训练周期

先后增设入学专业教育、新生研讨课、课外科技活动小组以及跨年级的专家学科前沿课程环节，通过这些环节使学生增强对学习对象的认识，明确设计训练长周期的实际意义。在实验方面加强机械专业基础实验项目和实验室的开放，保证学生不定期预约可以继续进行某项实验或者根据已完成实验的经验[6]，利用现有条件设计构造新的实验方案，验证实验的正确性。还可以利用先进的实验设备，制作出简单的形体，印证理论教学内容，增强直观感觉 ，从而加强理论学习效果。

2.2调整重点，增设机械设计讨论内容

在有限课时内，调整讲授内容，增设习题讨论。对于逻辑性强，有明确清晰传承关系的理论推导内容，借助于参考教材比较容易掌握，应该简明扼要，主要安排在课后学生自学。对于经验性公式和具有模糊性设计参数的学习内容，尤其是相互制约影响的参数之间关系的理解和取值趋势，应该重点讲解，将导师丰富经验知识传达给学生。

2.3在不断培养的过程中强化创新意识

利用三维设计软件完成机器原形设计和运动模拟，进行结构和运动干涉检验。课外科技活动小组是有效的培养创新意识的途径。组建机构创新设计小组，每期有20名左右的同学参加，对其他学生起到示范作用。

2.4课题训练，提高学生设计适应能力

充分发挥实验室的资源优势、科研课题优势，提高学生自主学习的积极性，吸收部分优秀学生进入实验团队参与科学研究活动，参与到教师的科研课题中并承担部分基础性工作。

3.多种教学手段互相补充，培养创新性思维，提高学生学习兴趣和效率

进行多种教学手段互相补充，培养创新性思维，创建机电工程学院第一个内容丰富的教学网站，本科生教学助理全天维护，保证教师和学生随时交流。

4.加强三个课堂的改革与互动

针对一、二、三课堂相脱节问题，课程组将第二课堂活动作为本科生综合素质培养的重要方式，以“学以致用，服务社会”和“开拓思维，接触科研”为培养目标，坚持 “教学科研实践相结合”的课程培养模式，营造浓厚的学术氛围，锻炼学生科学的思维方式[7]。利用机械设计大赛，使更多的学生参与进来，选送优秀作品参加全省、全国的机械创新设计大赛[8]，取得了优异的成绩。

5.提出了基于创造力要件的创造能力培养，完成了机械设计课程考试模式改革试点工作

针对考试模式中的弊端，开展国内外高校调查研究，在尝试期中考试采用半开卷考試形式的基础上，进行基于创造力要件的创造能力培养，实践机械设计课程项目驱动式考试模式改革。

在机电工程学院机械工程及自动化专业学生中，经过动员，让学生踊跃报名参加，通过一定的相关知识点的复习串讲和选拔考试（含笔试、面试和小技能测试）以及辅导员老师和任课教师的把关，选出参加考试模式改革试点的学生。通过课题题目确定和方案论证，学生根据生活和生产实际需要，自主提出课题，在整个学期完成课题的设计、绘制三维图和二维加工图纸以及设计说明书的编制，来替代一次性的期末结业考试，达到创造能力培养的目的。

三、结语

通过近六年的课程改革模式研究，机械设计课程组获得了吉林省教育科学规划重点课题《从传授知识到创新能力培养的课程改革模式研究》等9个教学研究课题，并取得了一定的成绩，机械设计课程被评为省级精品课，获教学成果奖二等奖1项，学生创新设计作品多次获得奖励，在课程改革中，形成了课程组独特的创新教育模式。

参考文献

[1]相冒吉.机械设计课程教学改革与探索[J].职业，2017（06）：40.

[2]王立志.分析我国机械设计教学现状的思考及建议[J].科技资讯，2017（02）：157-159.

[3]夏连明，宋井玲.基于“项目驱动”的自动机械设计课程综合改革[J].教育教学论坛，2017（09）：106-107.

[4]周晓玲，汪中厚.基于虚拟仿真技术的平面机构创意组合实验的教学改革[J].上海理工大学学报（社会科学版），2017（01）：79-82.

[5]崔高健，母德强，陈延伟.强化机械设计教学效果的措施[J].长春工业大学学报（高教研究版），2012（4）：109-110.

[6]李晓丹.三维软件助力创新《机械设计基础》教学改革[J].科技风，2017（05）：37.

[7]李媛.创新创业能力培养视角下的机械设计专业实践教学改革[J].中国冶金教育，2017（01）：64-66.

[8]覃莉莉.“以赛促学”的机械设计基础课程教学模式的构建研究[J].湖南邮电职业技术学院学报，2016（04）：129-132.

作者简介：崔高健（1970-），男，博士，教授，博士生导师，主要从事机械设计研究。